Question

1．隨著科學技術的進步，人們研制了多種甲醇質子交換膜燃料電池，以滿足不同的需求．
（1）如圖是某筆記本電腦用甲醇質子交換膜燃料電池的結構示意圖．甲醇在催化劑作用下提供質子和電子，電子經外電路、質子經內電路到達另一極與氧氣反應，電池總反應為：2CH₃OH+3O₂═2CO₂+4H₂O．則d電極是正極（填“正極”或“負極”），
該電極上發(fā)生的電極反應式是O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，電池每提供1mole^-，消耗標準狀況下氧氣的體積是5.6L．
（2）將上述甲醇質子交換膜燃料電池連接惰性電極電解足量的硫酸銅溶液，電解的總反應方程式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，通電一段時間后，某電極質量增加1.92g，則燃料電池中消耗的甲醇質量為0.32g，若要將硫酸銅溶液恢復到電解前的濃度，可加入的物質是CuO或CuCO₃．

Answer 1

分析 （1）原電池放電時，電子從負極沿導線流向正極，根據(jù)電子流向知，c是負極、d是正極；根據(jù)圖知，電解質溶液呈酸性，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水；根據(jù)氧氣和轉移電子之間關系式計算氧氣體積；
（2）用惰性電極電解硫酸銅溶液時，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣、陰極上銅離子放電生成Cu；
陰極上析出Cu，所以電解過程中陰極質量增加，體積轉移電子相等計算消耗甲醇質量；
根據(jù)“析出什么加入什么”原則確定需要加入物質成分．

解答 解：（1）原電池放電時，電子從負極沿導線流向正極，根據(jù)電子流向知，c是負極、d是正極；根據(jù)圖知，電解質溶液呈酸性，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，電極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；根據(jù)氧氣和轉移電子之間關系式得氧氣體積=$\frac{1mol}{4}×22.4L/mol$=5.6L；
故答案為：正極；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；5.6L；
（2）用惰性電極電解硫酸銅溶液時，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣、陰極上銅離子放電生成Cu，所以電池反應式為2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ 2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
電一段時間后，某電極質量增加1.92g，該電極是陰極，析出的是Cu單質，n（Cu）=$\frac{1.92g}{64g/mol}$=0.03mol，根據(jù)轉移電子相等計算消耗甲醇質量=$\frac{0.03mol×2}{6}$=0.32g；
要使電解后的溶液恢復原狀，采用“析出什么加入什么”原則確定加入物質，電解硫酸銅溶液時，陽極上析出氧氣、陰極上析出Cu，所以相當于析出CuO，還可以加入碳酸銅，因為碳酸銅和稀硫酸反應生成硫酸銅和二氧化碳、水，所以還相當于加入CuO，要使溶液恢復原狀可以加入CuO或CuCO₃，故答案為：2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ 2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；0.32 g；CuO或CuCO₃．

點評 本題考查化學電源新型電池電極反應式的書寫、化學反應有關計算等知識點，為高頻考點，明確各個電極上發(fā)生的反應及各個關系式之間關系是解本題關鍵，注意（2）題加入碳酸銅也能使溶液恢復原狀，但加入氫氧化銅不能使溶液恢復原狀，為易錯點．